(57)【要約】    【課題】  加工中に管が破断しにくい内面溝付管の製造装置及びこの製造装置を使用する内面溝付管の製造方法を提供する。    【解決手段】  素管１の内部に保持プラグ２、プラグ軸４及び外面に溝が形成された溝付プラグ５ａ及び５ｂを配置する。溝付プラグ５ａ及び５ｂは、素管１の引き抜き方向に沿って第１のテーパ部２２、円柱部２１及び第２のテーパ部２３が設けられており、前記溝は円柱部２１及び第２のテーパ部２３に連続して形成されている。そして、ワークロール１６ａ及び１６ｂを、その回転軸が溝付プラグ５ａ及び５ｂにおける境界面２４ｂから管引き抜き方向に３ｍｍ上流側の位置と、２ｍｍ下流側の位置との間に配置する。更に、ワークロール１６ａとワークロール１６ｂとの間にはサイジングダイス８ａを配置し、ワークロール１６ｂより管引き抜き方向下流側にはサイジングダイス８ｂを配置する。【選択図】    図１
2005046906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管の外面に接触する保持ダイスと、前記金属管の内部に配置され前記保持ダイスに係合されて前記保持ダイスと共に前記金属管を縮径加工する保持プラグと、前記保持プラグのプラグ軸に回転可能に軸支され外面に溝が形成された溝付プラグと、前記金属管の外面に回転軸が相互に平行で前記金属管の管軸方向に直交するように配置され前記金属管の外面に転接して前記金属管を前記溝付プラグに向けて押圧し前記金属管の内面に溝を形成する１対の圧延ロールと、この圧延ロール対よりも前記金属管の引き抜き方向下流側に配置され前記金属管の外面に接触して前記金属管を縮径加工するサイジングダイスと、を有し、前記溝付プラグは、前記金属管の引き抜き方向に沿って第１のテーパ部、円柱部及び第２のテーパ部が設けられており、前記第１のテーパ部は前記円柱部に向けて直径が増大する円錐台形状をなし、前記第２のテーパ部は前記円柱部から遠ざかるにつれて直径が減少する円錐台形状をなしており、前記溝は前記円柱部及び前記第２のテーパ部に連続して形成されており、前記溝付プラグの中心軸を含む断面において、前記円柱部の軸方向における長さが３ｍｍ以下であり、前記第２のテーパ部の溝が形成されている部分の前記金属管引き抜き方向下流側端部と前記円柱部の前記金属管引き抜き方向下流側端面との距離が２乃至５ｍｍであり、前記円柱部の側縁と前記第１のテーパ部の側縁とがなす角度が１２０乃至１５０°であり、前記円柱部の側縁と前記第２のテーパ部の側縁とがなす角度が１５０°より大きく、１８０°未満であることを特徴とする内面溝付管の製造装置。
【請求項２】
前記溝付プラグの外周面において、この溝付プラグの軸方向に平行な直線と前記溝が延びる方向とがなす角度が０乃至２０°であり、前記溝の深さが０．０５乃至０．１５ｍｍであり、前記溝付プラグの軸直交断面において、前記溝の斜面がなす角度が６０乃至１２０°であり、前記溝の底部及び前記フィンの頂部の曲率半径が０．０４乃至０．０６ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の内面溝付管の製造装置。
【請求項３】
前記圧延ロール対の回転軸が前記溝付プラグの円柱部と第２のテーパ部との境界面よりも前記金属管の引き抜き方向に対して、上流側に３ｍｍの位置と下流側に２ｍｍの位置との間に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内面溝付管の製造装置。
【請求項４】
前記溝付プラグ及び前記圧延ロール対からなる転造部と前記サイジングダイスとが前記金属管の引き抜き方向に沿って複数段配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内面溝付管の製造装置。
【請求項５】
前記溝付プラグ及び前記圧延ロール対からなる転造部は前記金属管の引き抜き方向に２段配置され、各転造部における圧延ロール対の対向方向は相互に直交し、少なくとも一方の圧延ロール対はこの直交する基本位置からその対向方向を角度θだけ変化させることができることを特徴とする請求項４に記載の内面溝付管の製造装置。
【請求項６】
前記角度θは０乃至９０°の範囲であることを特徴とする請求項５に記載の内面溝付管の製造装置。
【請求項７】
前記圧延ロール対には、前記圧延ロールより大径で、前記圧延ロールを前記金属管方向に押圧する１対のバックアップロールが転接していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の内面溝付管の製造装置。
【請求項８】
軸方向に引き抜かれる金属管の管外に配置された保持ダイス及び管内に配置され前記保持ダイスに係合する保持プラグにより前記金属管を縮径加工する工程と、前記保持プラグのプラグ軸に回転可能に軸支され外面に溝が形成された溝付プラグ及び前記金属管の外面に回転軸が相互に平行で前記金属管の管軸方向に直交するように配置された１対の圧延ロールにより前記金属管を前記溝付プラグに押圧して前記金属管の内面に溝を形成する工程と、サイジングダイスにより前記金属管に縮径加工を施す工程と、を有し、前記溝付プラグには、前記金属管の引き抜き方向に沿って第１のテーパ部、円柱部及び第２のテーパ部を設け、前記第１のテーパ部を前記円柱部に向けて直径が増大する円錐台形状とし、前記第２のテーパ部を前記円柱部から遠ざかるにつれて直径が減少する円錐台形状とし、前記溝を前記円柱部及び前記第２のテーパ部に連続して形成し、前記溝付プラグの中心軸を含む断面において、前記円柱部の軸方向における長さを３ｍｍ以下とし、前記第２のテーパ部の溝が形成されている部分の前記金属管引き抜き方向下流側端部と前記円柱部の前記金属管引き抜き方向下流側端面との距離を２乃至５ｍｍとし、前記円柱部の側縁と前記第１のテーパ部の側縁とがなす角度を１２０乃至１５０°とし、前記円柱部の側縁と前記第２のテーパ部の側縁とがなす角度を１５０°より大きく、１８０°未満とすることを特徴とする内面溝付管の製造方法。
【請求項９】
前記溝付プラグの外周面において、この溝付プラグの軸方向に平行な直線と前記溝が延びる方向とがなす角度を０乃至２０°とし、前記溝の深さを０．０５乃至０．１５ｍｍとし、前記溝付プラグの軸直交断面において前記溝の斜面がなす角度を６０乃至１２０°とし、前記溝の底部及び前記フィンの頂部の曲率半径を０．０４乃至０．０６ｍｍとすることを特徴とする請求項８に記載の内面溝付管の製造方法。
【請求項１０】
前記圧延ロール対の回転軸を前記溝付プラグの円柱部と第２のテーパ部との境界面よりも前記金属管の引き抜き方向に対して、上流側に３ｍｍの位置と下流側に２ｍｍの位置との間に配置することを特徴とする請求項９に記載の内面溝付管の製造方法。
【請求項１１】
前記溝付プラグ及び前記圧延ロール対からなる転造部と前記サイジングダイスとが前記金属管の引き抜き方向に沿って複数段配置され、前記溝を形成する工程及び前記サイジングダイスにより縮径加工を施す工程が複数回行われることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の内面溝付管の製造方法。
【請求項１２】
前記溝付プラグ及び前記圧延ロール対からなる転造部は前記金属管の引き抜き方向に２段配置され、各転造部における圧延ロール対の対向方向は相互に直交し、少なくとも一方の圧延ロール対はこの直交する基本位置からその対向方向を角度θだけ変化させることができることを特徴とする請求項１１に記載の内面溝付管の製造方法。
【請求項１３】
前記角度θは０乃至９０°の範囲であることを特徴とする請求項１２に記載の内面溝付管の製造方法。
【請求項１４】
前記圧延ロール対には、前記圧延ロールより大径の１対のバックアップロールが転接されており、このバックアップロールにより前記圧延ロールが前記金属管方向に押圧されることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の内面溝付管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ルームエアコン、パッケージエアコン又は自動販売機等に使用される熱交換器に組み込まれる伝熱管として好適なシームレス内面溝付管の製造装置及びこの装置を使用する内面溝付管の製造方法に関し、特に、溝付プラグ及び圧延ロールを使用する内面溝付管の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内面溝付管は、エアコンディショナ等に使用される空冷式熱交換器に組み込まれる伝熱管として使用されている。内面溝付管には、転造加工により製造されるシームレス内面溝付管及び高周波誘導溶接等により製造される溶接内面溝付管の２種類がある。溶接内面溝付管は、溶製後の鋳塊を一旦板材に成形し、この板材に溝ロールにより溝加工を施し、その後ロールフォーミングにより前記板材を円弧状に丸め、高周波溶接又はＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接により管に成形することにより製造される。一方、シームレス内面溝付管は、溶製後の鋳塊から直接管を成形し、この管に溝加工を施すことにより製造される。このため、シームレス内面溝付管は、溶接内面溝付管よりも製造に要する工程が少なく、生産性において溶接内面溝付管よりも優れている。また、溶接内面溝付管の製造においては、生産性を向上させるために加工速度を増加すると、溶接品質の安定性が低下すると共に、高電流を加熱コイルに流すことになるため、加熱コイルの寿命が短くなる。更に、電力消費量が大きくなり、製造コストがかえって増大する。
【０００３】
シームレス内面溝付管の製造方法には、ボール転造による製造方法とロール加工による製造方法とがある。先ず、ボール転造による内面溝付管の製造方法（以下、ボール転造法という）を説明する。素材には、光輝焼鈍又はインダクションヒーターによる焼鈍により調質された焼鈍材（Ｏ材）からなる素管を使用する。この素管の内部に、外面に溝が形成された溝付プラグを挿入すると共に、前記素管の外面に転接して遊星回転する転造ボールを前記溝付プラグに対応する位置に配置する。転造ボールの遊星回転は磁気浮上式高速モータにより行う。そして、この転造ボールにより前記素管を前記溝付プラグに向けて押圧すると共に、前記素管を抽伸することにより、溝付プラグは管軸を中心に回転し、前記素管の内面全体に前記溝付プラグの溝が転写され、溝が形成される。
【０００４】
しかしながら、前述のボール転造法には以下に示すような問題点がある。先ず、ボール転造法においては、転造ボールを高速で回転させるために磁気浮上式高速モータを使用する必要がある。この磁気浮上式高速モータは極めて高価な装置であるため、設備コストが高くつくという問題点がある。
【０００５】
また、ボール転造法において、シームレス内面溝付管の生産性を向上させ、製造コストを低減するためには、管の抽伸速度を速くする必要がある。一方、ボール転造法において、管内面の溝成形性に影響を及ぼす因子の一つに加工ピッチ（１個のボールが１公転する間に進む素管の長さ）がある。この加工ピッチを従来と同程度にして溝成形性を維持しながら抽伸速度を速くするためには，転造ボールの公転速度を早くする必要がある。しかしながら、通常の磁気浮上式高速モータにおいては、回転速度の上限値は約３０，０００回転／分である。このため、管の加工ピッチが１回転当たり２ｍｍである場合、抽伸速度の上限値は約６０ｍ／分となる。現有する最高速度の磁気浮上式高速モータにおいても、回転速度は約４５,０００回転／分が限界であり、従って、抽伸速度は約９０ｍ／分が限界である。このため、ボール転造法においては、管の抽伸速度をあまり速くすることができず、生産性の向上にも限界がある。
【０００６】
更に、ボール転造法においては、素管として焼鈍材（Ｏ材）を使用する必要がある。これは、ボール転造法は、公転する転造ボールにより素管を管径方向に変形させるため、素管が焼鈍材のように軟質な材料によって構成されていないと、素管が十分に変形することができず、溝を形成できないためである。このため、ボール転造法によりシームレス内面溝付管を製造する場合、ボール転造を行う前に素管を焼鈍材により構成する必要があり、製造コストが高くつく。なお、溶接管の場合、焼鈍を行っていない材料（Ｈ材）でも溝形成は可能であるが、溝ロールに欠損を生じやすく、かえってコストアップになるため、溝成形性の向上を考慮して、素管を焼鈍材により構成することが好ましい。
【０００７】
このように、ボール転造法によるシームレス内面溝付管の製造は、溶接内面溝付管の製造よりは製造コストを低減できるものの、製造設備に磁気浮上式高速モータを設ける必要があるため設備コストが高くなり、また、管の抽伸速度を速くすることが困難であり、製造コストの低減には限界がある。
【０００８】
更にまた、ボール転造法においては、管の材料が溝付プラグの外面に刻まれた溝に流れ込みながら管が引き抜かれるため、管の引き抜きに伴い溝付プラグが回転する。この回転により、溝付プラグの管に対する相対的な移動が潤滑に行われる。しかしながら、溝付きプラグの溝のリード角、即ち、溝付プラグの側面における軸方向に平行な直線と溝が延びる方向とのなす角度を０゜（管の引き抜き方向に平行）にすると、溝付プラグが回転しなくなり、管の破断が生じる。このため、ボール転造法においては、管内面に管軸方向に平行な溝を形成することが困難である。
【０００９】
更にまた、溝付プラグの外面に相互に異なるリード角を有する複数個の溝を形成しても、溝付プラグは回転できなくなる。このため、ボール転造法により管内面に交差溝を形成することはできない。更にまた、溝付プラグの外面にリード角は等しいがピッチが異なる溝を形成した場合、この溝付プラグは管の引き抜きに伴って回転することはできる。しかしながら、転造ボールが公転する際、この公転に伴って管の材料が管周方向に移動して溝付プラグの溝に流れ込み、管内面に溝を形成するため、公転ボールが溝付プラグにおける溝が密な領域から溝が疎な領域に移動したときに、管の材料の逃げ場がなくなってしまう。この結果、管内面に形成される溝形状が不安定になったり、引き抜き荷重が変動することにより管の破断を生じたりする。
【００１０】
更にまた、転造加工を２回行うことにより、管内面に交差溝及びピッチが異なる溝を形成することが原理的に可能となるが、実際には、２回目の転造加工において溝付プラグに印加される負担が大きくなりすぎ、溝付プラグが欠損しやすくなる。このため、２回の転造加工により管内面に交差溝又はピッチが異なる溝を形成することは、実際上は極めて困難である。
【００１１】
更にまた、ボール転造法においては、管内面を管周方向において複数の領域に分割し、夫々の領域において異なる種類の溝を形成又は一部の領域にのみ溝を形成し、残りの領域には溝を形成しないことは不可能である。このように、ボール転造法においては、管の内面にリード角及びピッチが一定な単純な螺旋溝しか形成できず、管内面に形成できる溝パターンの自由度が極めて小さいという問題点がある。
【００１２】
これらの問題点を解決する手段として、ロール加工によるシームレス内面溝付管の製造方法がある（例えば、特許文献１乃至３参照。）。ロール加工によるシームレス内面溝付管の製造方法（以下、ロール転造法という）を以下に説明する。
【００１３】
図６は従来のロール転造法によるシームレス内面溝付伝熱管の製造装置及び製造方法を示す断面図であり、図７は図６に示す製造装置の転造部を示す拡大断面図であり、図８は図７に示すＡ−Ａ線による断面図である。図６に示すように、銅又は銅合金（以下、総称して銅という）からなる素管１の内部に、保持プラグ２が挿入されている。保持プラグ２の形状は、管供給側（上流側）の外径が素管１の内径よりやや小さく、管引抜き側（管引き抜き方向下流側）の外径は管供給側の外径よりも小さくなっている。保持プラグ２と整合する位置における素管１の外面には、保持プラグ２と共に素管１を縮径加工する保持ダイス３が配置されている。また、保持プラグ２にはプラグ軸４を介して溝付プラグ１５が連結されている。溝付プラグ１５の外周面には、素管１の内周面に形成すべき形状の溝が加工されている。溝付プラグ１５はプラグ軸４を軸として自在に回転することができる。
【００１４】
また、図７に示すように、溝付プラグ１５は、円柱部１１と、この円柱部１１の両端に形成されたテーパ部１２とで構成されている。このテーパ部１２は、溝付プラグ１５の角に管が接触した際に、管が破断することを防止するために面取りされた部分であり、一般に、円柱部１１の側縁とテーパ部１２の側縁とがなす角度φは４５°程度である。また、溝付プラグ１５の軸方向の長さは、５乃至３０ｍｍ程度であり、円柱部１１の側面には溝が形成されている。この溝のリード角β、即ち、円柱１１の側面における軸方向に平行な直線と溝が延びる方向とのなす角度は、０乃至１０°である。そして、溝付プラグ１５の円柱部１１においては、溝間がフィンとなっており、溝の深さ、即ち、フィンの高さは０．０５乃至０．１５ｍｍである。また、溝付プラグ１５の軸に直交する断面において、溝底部の曲率半径は０．０４乃至０．０６ｍｍであり、フィンの頂部の曲率半径は約０．０５ｍｍであり、フィン１４の山頂角は８０乃至１２０°である。
【００１５】
更に、素管１の外側における溝付プラグ１５に整合する位置には、１対の圧延ロール６が素管１の外面に転接するように配設されている。各圧延ロール６は自転することができ、その回転軸の方向は素管１の管軸方向に直交している。なお、溝付プラグ１５及び圧延ロール６により転造部１７が構成されている。また、転造部１７の管引抜き方向下流側には、内面に溝が形成された素管１の外径を所定の寸法に縮径加工するサイジングダイス８が設けられている。
【００１６】
図７に示すように、管引き抜き方向において、圧延ロール６の回転軸は、溝付プラグ１５の長手方向中心付近に位置している。そして、図８に示すように、圧延ロール６の形状はロール中央部の直径がロール両端部の直径よりも小さい鼓形であり、この圧延ロール６の回転軸を含む断面において、側縁の形状が素管１の外面形状に略整合するようになっている。即ち、圧延ロール６の側面の曲率半径は素管１の外面の曲率半径と略等しくなっている。
【００１７】
次に、従来の内面溝付管の製造方法について説明する。図６に示すように、先ず、素管１の内部における保持プラグ２の上流側に抽伸油１０を充填する。そして、素管１を保持プラグ２及び保持ダイス３により縮径加工する。次に、この縮径加工された素管１の外面を、この外面に転接して自転する圧延ロール６によって押圧することによって縮径すると共に、溝付プラグ１５に向けて押圧する。これにより、素管１の内面に溝付プラグ１５の溝が転写される。このとき、溝付プラグ１５はプラグ軸４を介して保持プラグ２に連結されており、保持プラグ２は素管１の引抜きによる摩擦力及び保持ダイス３からの抗力により、保持ダイス３と整合する位置に係止しているため、溝付プラグ１５も圧延ロール６と整合する位置に停止している。次に、転造部１７を通過した内面に溝が形成された素管１は、サイジングダイス８により更に縮径されると共に管軸直交断面の形状が真円形となるように成形され、所定の外径を有する内面溝付管９となる。
【００１８】
このように、ロール転造法においては、転造ボールを使用しないため、転造ボールを回転させるための磁気浮上式高速モータが不要である。このため、設備コストを抑えることができる。また、転造ボールを使用しないため、管の抽伸速度が転造ボールの公転速度によって決定されることがない。このため、管の抽伸速度を向上させ、生産性を向上させることができる。
【００１９】
【特許文献１】特公平３−５８８２号公報  （第２−４頁、第１図）
【特許文献２】特開平１−９９７１３号公報  （第２−５頁、第１図）
【特許文献３】特開平４−３０２９９９号公報  （第３−４頁、第１−２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、前述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。即ち、図５乃至８に示す製造装置により内面溝付管９を製造する場合、素管１の内面に形成される溝の形状又は引き抜き速度等の製造条件によっては、圧延ロール６とサイジングダイス８との間又はサイジングダイスの出側において、素管１が破断することがある。
【００２１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、加工中に管が破断しにくい内面溝付管の製造装置及びこの製造装置を使用する内面溝付管の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本願第１発明に係る内面溝付管の製造装置は、金属管の外面に接触する保持ダイスと、前記金属管の内部に配置され前記保持ダイスに係合されて前記保持ダイスと共に前記金属管を縮径加工する保持プラグと、前記保持プラグのプラグ軸に回転可能に軸支され外面に溝が形成された溝付プラグと、前記金属管の外面に回転軸が相互に平行で前記金属管の管軸方向に直交するように配置され前記金属管の外面に転接して前記金属管を前記溝付プラグに向けて押圧し前記金属管の内面に溝を形成する１対の圧延ロールと、この圧延ロール対よりも前記金属管の引き抜き方向下流側に配置され前記金属管の外面に接触して前記金属管を縮径加工するサイジングダイスと、を有し、前記溝付プラグは、前記金属管の引き抜き方向に沿って第１のテーパ部、円柱部及び第２のテーパ部が設けられており、前記第１のテーパ部は前記円柱部に向けて直径が増大する円錐台形状をなし、前記第２のテーパ部は前記円柱部から遠ざかるにつれて直径が減少する円錐台形状をなしており、前記溝は前記円柱部及び前記第２のテーパ部に連続して形成されており、前記溝付プラグの中心軸を含む断面において、前記円柱部の軸方向における長さが３ｍｍ以下であり、前記第２のテーパ部の溝が形成されている部分の前記金属管引き抜き方向下流側端部と前記円柱部の前記金属管引き抜き方向下流側端面との距離が２乃至５ｍｍであり、前記円柱部の側縁と前記第１のテーパ部の側縁とがなす角度が１２０乃至１５０°であり、前記円柱部の側縁と前記第２のテーパ部の側縁とがなす角度が１５０°より大きく、１８０°未満であることを特徴とする。
【００２３】
本発明者等は、前述の素管破断の原因を究明すべく鋭意実験研究を行い、以下に示す知見を得た。ロール転造法においては、金属管の内面に均一な溝を形成するために、圧延ロールの形状を鼓形にし、圧延ロールの側面が金属管の外面に均一に接触するようにしている。このため、溝付プラグに形成された溝に流れ込んだ金属管の材料は、スプリングバックせず、溝付プラグとの間で接触が保たれる。このように、溝付プラグと金属管との接触面積が大きい状態で金属管が引き抜かれると、大きな摩擦力が発生する。よって、金属管を引き抜くためには、この大きな摩擦力を上回る大きな引抜力を金属管に印加する必要がある。この引抜力が金属管の引張破断荷重を超えると、金属管が破断する。そこで、本発明においては、従来の製造装置で使用されている溝付プラグより円柱部の長さを短くし、前記円柱部の管引き抜き方向下流側の端面に設けられたテーパ部に、前記円柱部の溝から連続する溝を形成しているため、溝付プラグと金属管との接触面積が小さくなり、金属管と溝付プラグとの間に発生する摩擦力が小さくなる。これにより、金属管に印加する引抜力を低減することができ、金属管が破断することを防止できる。
【００２４】
例えば、前記溝付プラグの外周面において、この溝付プラグの軸方向に平行な直線と前記溝が延びる方向とがなす角度が０乃至２０°であり、前記溝の深さが０．０５乃至０．１５ｍｍであり、前記溝付プラグの軸直交断面において、前記溝の斜面がなす角度が６０乃至１２０°であり、前記溝の底部及び前記フィンの頂部の曲率半径が０．０４乃至０．０６ｍｍである。
【００２５】
また、前記圧延ロール対の回転軸は、前記溝付プラグの円柱部と第２のテーパ部との境界面よりも前記金属管の引き抜き方向に対して、上流側に３ｍｍの位置と下流側に２ｍｍの位置との間に配置されていることが好ましい。これにより、金属管に印加する引抜力を低減することができ、金属管が破断することを防止できると共に、金属管内面に均一な溝を形成することができる。
【００２６】
更に、前記溝付プラグ及び前記圧延ロール対からなる転造部及び前記サイジングダイスは、前記金属管の引き抜き方向に沿って複数段配置されていてもよい。これにより、金属管内面に溝をより均一に形成することができる。また、金属管の内面に複数種類の溝を形成することができる。
【００２７】
前記溝付プラグ及び前記圧延ロール対からなる転造部は前記金属管の引き抜き方向に２段配置されてもよく、各転造部における圧延ロール対の対向方向は相互に直交し、少なくとも一方の圧延ロール対はこの直交する基本位置からその対向方向を角度θだけ変化させることができる。この角度θは、例えば、０乃至９０°の範囲である。これにより、金属管内面に溝をより均一に形成することができる。
【００２８】
前記圧延ロール対には、前記圧延ロールより大径で、前記圧延ロールを前記金属管方向に押圧する１対のバックアップロールが転接されていてもよい。これにより、前記圧延ロールが前記金属管を押圧する力が均一化される。
【００２９】
本願第２発明に係る内面溝付管の製造方法は、軸方向に引き抜かれる金属管の管外に配置された保持ダイス及び管内に配置され前記保持ダイスに係合する保持プラグにより前記金属管を縮径加工する工程と、前記保持プラグのプラグ軸に回転可能に軸支され外面に溝が形成された溝付プラグ及び前記金属管の外面に回転軸が相互に平行で前記金属管の管軸方向に直交するように配置された１対の圧延ロールにより前記金属管を前記溝付プラグに押圧して前記金属管の内面に溝を形成する工程と、サイジングダイスにより前記金属管に縮径加工を施す工程と、を有し、前記溝付プラグには、前記金属管の引き抜き方向に沿って第１のテーパ部、円柱部及び第２のテーパ部を設け、前記第１のテーパ部を前記円柱部に向けて直径が増大する円錐台形状とし、前記第２のテーパ部を前記円柱部から遠ざかるにつれて直径が減少する円錐台形状とし、前記溝を前記円柱部及び前記第２のテーパ部に連続して形成し、前記溝付プラグの中心軸を含む断面において、前記円柱部の軸方向における長さを３ｍｍ以下とし、前記第２のテーパ部の溝が形成されている部分の前記金属管引き抜き方向下流側端部と前記円柱部の前記金属管引き抜き方向下流側端面との距離を２乃至５ｍｍとし、前記円柱部の側縁と前記第１のテーパ部の側縁とがなす角度を１２０乃至１５０°とし、前記円柱部の側縁と前記第２のテーパ部の側縁とがなす角度を１５０°より大きく、且つ１８０°未満とすることを特徴とする。
【００３０】
本発明においては、従来の溝付プラグより円柱部の長さが短く、前記円柱部の管引き抜き方向下流側の端面に設けられたテーパ部には、前記円柱部の溝から連続する溝が形成されている溝付プラグを使用しているため、溝付プラグと金属管との接触面積が小さくなり、金属管と溝付プラグとの間に発生する摩擦力が小さくなる。これにより、金属管に印加する引抜力を低減することができるため、金属管を破断させずに内面に溝を形成することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、溝付プラグの溝が形成される円柱部の長さを短くし、この円柱部の管引き抜き方向下流側端部に設けられたテーパ部の一部にも溝を形成することにより、溝付プラグと金属管との接触面積が小さくなり、金属管と溝付プラグとの間に発生する摩擦力を減少させることができるため、金属管に印加する引抜力を低減することができ、金属管が破断することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態に係る内面溝付管の製造装置について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の実施形態に係る内面溝付管の製造装置及び製造方法を示す断面図であり、図２は図１に示す製造装置の転造部を示す拡大断面図である。また、図３は本実施形態の内面溝付管の製造装置の溝付プラグを示す部分断面図である。なお、図１乃至図３に示す構成要素のうち、図６乃至図８に示す従来の装置の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態の内面溝付管の製造装置は、保持プラグ２に、プラグ軸４を介して溝付プラグ５ａと、この溝付プラグ５ａより小径の溝付プラグ５ｂとが連結されている。これら溝付プラグ５ａ及び５ｂは、相互に回転可能に取り付けられている。また、図２に示すように、溝付プラグ５ａ及び５ｂには、素管１の引き抜き方向に沿って、第１のテーパ部２２、円柱部２１及び第２のテーパ部２３が設けられている。
【００３４】
この溝付プラグ５ａ及び５ｂの軸方向における長さは、例えば、１０乃至２５ｍｍであり、円柱部２１における外径は、例えば、５乃至１０ｍｍである。そして、円柱部２１は、軸方向における長さｘが３ｍｍ以下の円柱形状であり、その側面には、螺旋状又は直線状等の素管１の内周面に形成するために必要な形状の溝が形成されている。図４は円柱部２１の軸方向における長さｘが０ｍｍである場合の溝付プラグを示す断面図である。図４に示すように、本実施形態の内面溝付管の製造装置における溝付プラグは、円柱部２１を設けず、第１のテーパ部２２及び第２のテーパ部２３のみで構成されていてもよい。また、溝のリード角β、即ち、円柱部２１の側面における円柱部２１の軸方向に平行な直線と溝が延びる方向とがなす角度は、例えば、０乃至２０°である。なお、リード角βが０°の場合は、溝が軸方向に平行な直線状である場合である。
【００３５】
そして、図３に示すように、溝付プラグ５ａ及び５ｂの円柱部２１においては、溝１３間がフィン１４になっている。溝１３の深さｈは、例えば、０．０５乃至０．１５ｍｍである。なお、溝１３の深さｈは、フィン１４の高さと等しく、中心軸が溝付プラグ５ａ及び５ｂの中心軸と同一でありフィン１４の底部を結ぶ仮想的な円柱面２０ａと、中心軸が溝付プラグ５ａ及び５ｂの中心軸と同一でありフィン１４の頂部を結ぶ仮想的な円柱面２０ｂとの距離である。また、図３に示す断面、即ち、円柱部２１の軸に直交する断面において、溝１３の底部の曲率半径ｒ１及びフィン１４の頂部の曲率半径ｒ２は、例えば、０．０４乃至０．０６ｍｍである。更に、フィン１４の山頂角α、即ち、フィン１４の両面側がなす角度は、例えば、６０乃至１２０°である。なお、溝付プラグ５ａ及び５ｂは、超微粒子超合金により構成されていることが好ましく、平均粒径が０．５μｍ以下のタングステンカーバイド（ＷＣ）の微粒子を含む超微粒子合金であることがより好ましい。また、溝付プラグ５ａ及び５ｂの表面にＴｉＣ又はＴｉＮ等を蒸着することにより、その寿命を延長することができる。
【００３６】
一方、図２に示すように、第１のテーパ部２２及び第２のテーパ部２３の形状は、側面がテーパ状である円錐台形状であり、円柱部２１との境界面２４ａ及び２４ｂから離れる程その直径が小さくなっている。また、第２のテーパ部２３の外面の一部には、円柱部２１から引き続いて溝が形成されている。第２のテーパ部２３に形成されている溝のリード角βは、円柱部２１と同様であり、溝の深さｈは、管引き抜き方向下流側になるに従い小さくなっている。更に、溝付プラグ５ａ及び５ｂの中心軸を含む断面において、溝が形成されている部分の長さＬ、即ち、溝が形成されている部分の管引き抜き方向下流側における端部２４ｃと境界面２４ｂとの距離は、２乃至５ｍｍである。なお、第１のテーパ部２２には溝は形成されていない。更に、溝付プラグ５ａ及び５ｂの中心軸を含む断面において、円柱部２１の側縁と第１のテーパ部２２とがなす角度φ１は、例えば、１２０乃至１５０°であり、円柱部２１の側縁と第２のテーパ部２３とがなす角度φ２は、例えば、１５０°を超え、１８０°未満である。なお、第１のテーパ部２２及び第２のテーパ部２３と、円柱部２１との境界部は、曲面で構成されている。
【００３７】
また、素管１の外側における溝付プラグ５ａに整合する位置には相互に平行な回転軸を有する１対のワークロール（圧延ロール）１６ａが、溝付プラグ５ｂに整合する位置には相互に平行な回転軸を有する１対のワークロール１６ｂが、夫々素管１の外面に転接するように配設されている。ワークロール対１６ａ及び１６ｂは、それらの回転軸が延びる方向が素管１の管軸方向に直交し、更にワークロール対１６ａの対向方向とワークロール対１６ｂの対向方向とが相互に直交する位置（以下、この位置を基本位置という）に配置されている。例えば、外径が６乃至１２ｍｍ、肉厚が０．２５乃至０．４０ｍｍである金属管を加工する場合、管引き抜き方向に平行な断面において、ワークロール１６ａ及び１６ｂの最大直径Ｄ、即ち、断面積が最大となる断面における直径を４０乃至８０ｍｍ、最小半径ｄ、即ち断面積が最小となる断面における直径を２０乃至６０ｍｍとすればよい。なお、ワークロール１６ａ及び１６ｂは、小型であり、圧延時には大きな力がかかるため、内面溝付管を長期間にわたって安定して製造するためには、前述の溝付プラグ５ａ及び５ｂと同様に、超微粒子超合金により構成されていることが好ましい。特に、欠けを防止し、疲労強さを確保するためには、例えば、平均粒径が０．５μｍ以下のタングステンカーバイド（ＷＣ）の微粒子を含む超微粒子合金により構成されていることが好ましい。
【００３８】
そして、この製造装置においては、ワークロール対１６ａ及び１６ｂのうち少なくとも一方ワークロール対の対向方向を、前述の基本位置から角度θだけ変化させることができる。この角度θは、例えば、０乃至９０°の範囲である。また、ワークロール１６ａ及び１６ｂは自転することができ、その形状は両端部が太く中央部が細い鼓形である。なお、本製造装置においては、回転軸を含む断面において、中央部の曲率半径は素管１の外面の半径と略等しくなっており、中央部の側縁形状は素管１の外面形状に略整合し、ワークロール１６ａ及び１６ｂは素管１に略均等に線接触している。
【００３９】
更に、このワークロール１６ａより大径で、ワークロール１６ａを素管１方向に押圧する１対のバックアップロール１８ａが、ワークロール１６ａに転接するように配置されている。同様に、ワークロール１６ｂより大径で、ワークロール１６ｂを素管１方向に押圧する１対のバックアップロール１８ｂが、ワークロール１６ｂに転接するように配設されている。このように、バックアップロールでワークロールを押圧することにより、素管１により大きな力を均一に加えることができる。このバックアップロール１８ａ及び１８ｂは、例えば、超硬合金又はＳＵＪ−２等のベアリング鋼により構成することができる。なお、溝付プラグ５ａ、ワークロール対１６ａ及びバックアップロール対１８ａにより転造部７ａが形成され、溝付プラグ５ｂ、ワークロール対１６ｂ及びバックアップロール対１８ｂにより転造部７ｂが形成されている。
【００４０】
そして、ワークロール対１６ａ及び１６ｂの回転軸は、溝付プラグ５ａ及び５ｂにおける円柱部２１と第２のテーパ部との境界面２４ｂを境界面２４ｂから管引き抜き方向上流側に３ｍｍ平行移動させた面と、管引き抜き方向下流側に２ｍｍ平行移動させた面との間に位置している。
【００４１】
また、本実施形態の内面溝付管の製造装置においては、１段目の転造部７ａと２段目の転造部７ｂとの間に、素管１を成形するサイジングダイス８ａが設けられており、２段目の転造部７ｂより管引き抜き方向下流側に、内面に溝が形成された素管１の外径を所定の寸法に加工するサイジングダイス８ｂが設けられている。即ち、本実施形態の内面溝付管の製造装置は、圧延ロールが２段設けられたダンデム圧延方式の製造装置である。
【００４２】
以下、本発明の各構成要件における数値限定理由について説明する。
【００４３】
溝付プラグの溝のリード角β：０乃至２０°
溝付プラグにより素管の内面に溝を形成する際には、溝付プラグの溝と、この溝が素管の内面に転写されて形成された素管内面のフィンとが相互に噛み合った状態となる。溝が螺旋状、即ち、溝のリード角βが０°より大きい角度であると、素管が抽伸されることにより、素管が、その内面に形成された溝に沿って溝付プラグを回転させようとする。そして、素管は溝付プラグからの反力を受け、溝付プラグと逆の方向に回転しようとする。一方、圧延ロールは素管との接触面積が大きいため、素管を管周方向に拘束し、回転を妨げる。この結果、素管には管周方向に沿って大きな力が加わり、この力が管軸方向に沿った引抜力に加算される。溝付プラグの溝のリード角βが２０°を超えると、この力が大きくなり、素管が破断しやすくなる。従って、溝付プラグの溝のリード角βは０乃至２０°とすることが好ましい。
【００４４】
溝付プラグの溝の深さｈ：０．０５乃至０．１５ｍｍ
溝付プラグの溝の深さｈが０．０５ｍｍ未満であると、この溝が素管の内面に転写されて形成されるフィンの高さが低くなり、内面溝付管の伝熱性能が低下する。一方、溝付プラグの溝の深さｈが０．１５ｍｍを超えると、素管が破断しやすくなり、加工できなくなる。従って、溝付プラグの溝の深さｈは０．０５乃至０．１５ｍｍとすることが好ましい。
【００４５】
溝付プラグの溝の底部の曲率半径ｒ１：０．０４乃至０．０６ｍｍ
溝の底部の曲率半径ｒ１が０．０４ｍｍ未満であると、溝の形状が鋭くなりすぎて溝の加工ができなくなる。一方、曲率半径ｒ１が０．０６ｍｍを超えると、内面溝付管の内面に形成されるフィンが太くなり、内面溝付管の伝熱性能が低下すると共に、内面溝付管の単重が重くなる。従って、溝付プラグの溝の底部の曲率半径ｒ１は０．０４乃至０．０６ｍｍとすることが好ましい。
【００４６】
溝付プラグの溝間のフィンの頂部の曲率半径ｒ２：０．０４乃至０．０６ｍｍ
溝付プラグのフィンの頂部の曲率半径ｒ２が０．０４ｍｍ未満であると、このフィンの形状が鋭利なくさび状になり、素管がこのフィンの頂部を起点として破断しやすくなる。一方、曲率半径ｒ２が０．０６ｍｍを超えると、フィンの形状が太くなり過ぎ、素管を形成する材料のメタルフローが悪くなり、フィンの成形性が劣化する。従って、溝付プラグの溝間のフィンの頂部の曲率半径ｒ２は０．０４乃至０．０６ｍｍとする。
【００４７】
溝付プラグのフィンの山頂角α：６０乃至１２０°
フィンの山頂角αが６０°未満であると、高さ、即ち溝の深さが０．０５ｍｍ以上となるフィンを形成できなくなる。一方、フィンの山頂角αが１２０°を超えると、素管の内面に形成される溝の幅が広くなり、内面溝付管の伝熱性能が低下する。従って、溝付プラグのフィンの山頂角αは６０乃至１２０°とすることが好ましい。
【００４８】
円柱部の側縁と第１のテーパ部の側縁とのなす角度φ１：１２０乃至１５０°
第１のテーパ部は溝付プラグの管引き抜き方向上流側の端部と素管との接触部分において、素管に応力集中部が生じて素管が破断することを避けるために設けるものである。円柱部の中心軸を含む断面において、円柱部の側縁とテーパ部の側縁とのなす角度φ１が１５０°を超えると、上述のテーパ部の効果を得るためにテーパ部を長くする必要が生じる。この結果、テーパ部と素管との接触長さが長くなるため、溝付プラグと素管との間に発生する摩擦力が増大し、引抜力が大きくなって素管が破断しやすくなる。一方、前記角度φ１が１２０°未満では、溝付プラグの上流側端部の形状が鋭利になり、テーパ部を設けることによる効果が減少し、素管が破断しやすくなる。また、素管の内面が溝付プラグにより削られて、素管内面に粉が発生する。従って、円柱部の側縁とテーパ部の側縁とのなす角度φ１は１２０乃至１５０°とすることが好ましい。
【００４９】
円柱部の側縁と第２のテーパ部の側縁とがなす角度φ２：１５０°より大きく１８０°未満
円柱部の側縁と第２のテーパ部の側縁とがなす角度φ２が１５０°以下の場合、ロールと溝付プラグとの接触位置の調整がしにくくなる。溝付プラグの当たり面の調整は、保持プラグと溝付プラグとの距離を変えることにより行う。即ち、溝付プラグ前後のワッシャーを出し入れする。このように、ロールと溝付プラグとの接触位置は、１ｍｍ単位のワッシャで調整するため、傾斜角が小さいと溝付プラグの当たり面の変化が大きくなり、調整が難しくなる。一方、角度φ２が１８０°の場合、即ち、第２のテーパ部が形成されていない場合、素管の内面に形成された溝が溝付プラグと接するため、引き抜き荷重が増加して破断が発生しやすくなる。よって、角度φ２は１５０°より大きく、且つ１８０°未満とする。これにより、ロールと溝付プラグとの位置調整が容易になり、溝成形性が良好になる。
【００５０】
円柱部の軸方向における長さｘ：３ｍｍ以下
円柱部の長さｘが３ｍｍを超えると、溝形成に必要な長さよりも長くなってしまうため、素管と溝付プラグとの摩擦力が増加して、引抜力が大きくなり、素管が破断しやすくなる。なお、円柱部の長さｘが０ｍｍ、即ち、円柱部が設けられていなくても、溝加工は可能である。
【００５１】
溝付プラグの中心軸を含む断面における溝が形成されている第２テーパ部の長さＬ：２乃至５ｍｍ
第２のテーパ部において、溝付プラグの中心軸を含む断面における溝が形成されている部分の長さＬ、即ち、溝が形成されている部分の管引き抜き方向下流側端部と境界面との距離が２ｍｍ未満の場合、有効な溝形成ができなくなる。一方、溝が形成されている部分の長さＬが５ｍｍを超えると、素管内面と溝付プラグとの接触面積が増加して、素管が破断しやすくなる。
【００５２】
ワークロール対の回転軸の位置ａ：円柱部と第２のテーパ部との境界面よりも管引き抜き方向に対して３ｍｍ上流側と２ｍｍ下流側との間
ワークロール対の回転軸が前記境界面より管引き抜き方向上流側に位置している場合、前記ワークロール対の回転軸を含む平面２５と前記境界面との距離が３ｍｍを超えると、素管の内面に形成されたフィンと溝付プラグの溝との接触面積が増加し、素管と溝付プラグとの摩擦力が増加するため、素管が破断しやすくなる。一方、圧延ロール対の回転軸が前記境界面より管引き抜き方向下流側に位置している場合、前記圧延ロール対の回転軸を含む平面と前記境界面との距離が２ｍｍを超えると、溝付プラグに形成されている溝の奥まで素管の材料が入り込まなくなるため、溝深さｈが浅くなり、所定の溝を形成することができなくなる。従って、圧延ロールの回転軸の位置は円柱部とテーパ部との境界面よりも管引き抜き方向に対して３ｍｍ上流側と２ｍｍ下流側との間とする。
【００５３】
次に、上述の如く構成された内面溝付管の製造装置の動作、即ち、本実施形態に係る内面溝付管の製造方法について説明する。本実施形態の内面溝付管の製造方法においては、図１に示すように、先ず、前述の如く構成された製造装置の所定の位置に素管１を設置する。この素管１を形成する材料は、圧延可能な金属であれば何でもよく、例えば、ＪＩＳ  Ｈ  ３３００で規定されているＣ１１０１、Ｃ１２０１及びＣ１２２０等の銅、Ｃｕ−Ｚｎ系合金、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金又はアルミニウム合金等に適用することができる。その寸法は、例えば、外径が６乃至１２ｍｍ、肉厚が０．２５乃至０．４０ｍｍである。また、圧延加工により素管内面を溝付プラグに押圧して前記素管内面に溝を形成する場合、圧延ロールに接触する部分では素管断面の線状の部分が同時に溝加工されるため、加工の際に管に加わる応力がボール転造加工の場合よりも大きい。更に、本実施形態の内面溝付管の製造装置を使用する場合、加工された部分のスプリングバックが従来の製造装置よりも小さいため、管が引き抜かれていく間、素管は溝付プラグと接触した状態で引き抜かれていくため、摩擦力が大きくなり、引抜力が大きくなる。このため、焼鈍状態の軟質な素管を使用すると、加工中の応力又は引抜力により管の破断が発生しやすい。よって、本実施形態の内面溝付管の製造方法においては、素管１には（１／２）Ｈより硬質な材料を使用する。
【００５４】
次に、素管１の内部における保持プラグ２の上流側に抽伸油１０を充填する。そして、素管１に対して中心方向に向かう引抜力を印加して、素管１を引き抜く。これにより、素管１は保持プラグ２及び保持ダイス３により縮径された後、１段目の転造部１７ａにおいて溝付プラグ５ａ及びワークロール１６ａにより内面に溝が形成される。このとき、ワークロール対１６ａの回転軸が、円柱部２１と第２のテーパ部２３との境界面２４ｂよりも管引き抜き方向に対して３ｍｍ上流側と２ｍｍ下流側との間に位置するように、ワークロール対１６ａの位置を調整しながら加工を行う。これにより、管の破断を抑制し、溝成形性に優れた内面溝付管を製造することができる。
【００５５】
また、転造部７ａで溝付加工された素管１は、転造部７ａに設けられた溝付プラグ５ａの回転により多少ねじられる。一般に、２段目の転造部７ｂは、転造部７ａで溝が形成されない領域に溝を形成するために設置される。例えば、転造部７ａで素管１の上側及び下側の半分に溝加工が行われる場合、素管１に捻れがないのであれば、ワークロール１６ａの回転軸線と、ワークロール１６ｂの回転軸線は、管引き抜き方向に垂直な断面において、９０°の角度をなしていればよい。ところが、実際には、上述のように、転造部７ａで溝付加工された素管１は、転造部７ｂの位置に達したとき、捻れにより溝の形成されていない領域がずれている。そこで、本実施形態の内面溝付管の製造方法において使用される製造装置においては、転造部７ｂにおいて転造部７ａで溝が形成されていない領域に溝を形成されるように、ワークロール対１６ａ及び１６ｂのうち少なくとも一方ワークロール対の対向方向を、前述の基本位置から角度θだけ変化させる。この角度θは、形成される溝形状及び加工条件等を考慮して、０乃至９０°の範囲内で適宜設定することができる。
【００５６】
その後、素管１はサイジングダイス８ａにより管軸直交断面が真円形になるように成形される。次に、転造部７ｂにおいて、素管１は溝付プラグ５ｂ及び１対のワークロール１６ｂにより、縮径されると共に内面に溝が形成され、サイジングダイス８ｂにより更に縮径されると共に成形され、内面溝付管１９になる。このとき、溝付プラグ５ａ及び５ｂは、プラグ軸４を介して保持プラグ２に連結されており、この保持プラグ２は素管１の引き抜きによる摩擦力及び保持ダイス３からの抗力により、保持ダイス３と整合する位置に係止されているため、溝付プラグ５ａ及び５ｂもワークロール１６ａ及び１６ｂと整合する位置に停止している。
【００５７】
本実施形態の内面溝付管の製造方法においては、溝が形成された円柱部２１と、この円柱部２１の管引き抜き方向上流側の端部に形成され管の破断を防ぐ第１のテーパ部２２と、円柱部２１の管引き抜き方向下流側の端部に形成されその一部に円柱部２１から引き続いて溝が形成されている第２のテーパ部２３により構成されている溝付プラグ５ａ及び５ｂを使用しているため、図６に示す従来の製造方法に比べて、素管１の内面と溝付プラグ５ａ及び５ｂとの接触面積が小さくなる。その結果、素管１の内面と溝付プラグ５ａ及び５ｂとの摩擦力を低減することができ、素管１が破断することを防止することができる。更に、引抜力が小さくなるため、素管１の内面に形成される溝の山頂角αを小さくしたり又はリード角βを大きくしたりすることも可能になる。
【００５８】
次に、本実施形態の変形例について説明する。図５は本変形例における溝付プラグを示す断面図である。本変形例に係る内面溝付管の製造装置においては、溝付プラグ５ａ及び５ｂの替わりに、図５に示す形状の溝付プラグ５ｃ及び５ｄが設けられている。本変形例における上記以外の構成は、前述の実施形態と同様である。
【００５９】
図５に示すように、溝付プラグ５ｃ及び５ｄは、第１の円柱部２１の管引き抜き方向上流側端面に結合して第１のテーパ部２２が形成されており、この第１のテーパ部２２の管引き抜き方向上流側端面に結合して、この端面の直径と直径が等しい第２の円柱部３０が形成されている。また、第１の円柱部２１の管引き抜き方向下流側端面に結合して第２のテーパ部２３が形成されており、この第２のテーパ部２３の管引き抜き方向下流側端面に結合して、この端面の直径と直径が等しい第３の円柱部３１が形成されている。この第２の円柱部３０及び第３の円柱部３１を設けることにより、加工中の振動を抑制することができる。なお、本変形例においては、第２の円柱部３０及び第３の円柱部３１の少なくとも一方が設けられていれば、振動抑制効果が得られる。本変形例におけるその他の効果及び動作は、前述の実施形態と同様である。以下、前述の数値限定理由を説明する。
【実施例】
【００６０】
以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。先ず、図３に示す形状の溝付プラグにおける円柱部の長さｘ、第２のテーパ部における溝形成部長さＬ、第１のテーパ部の角度φ１、第２のテーパ部の角度φ２及びワークロール対の回転軸の位置ａを変え、転造部が１個のシングル圧延方式の製造装置により、実施例１乃至９及び比較例１乃至７の内面溝付管を製造した。次に、図３に示す形状の溝付プラグにおける円柱部の長さｘ、第２のテーパ部における溝形成部長さＬ、第１のテーパ部の角度φ１、第２のテーパ部の角度φ２及びワークロール対の回転軸の位置ａを変え、図１に示すタンデム圧延方式の製造装置により、実施例１０及び１１の内面溝付管を製造した。また、図６に示す従来の溝付プラグを使用し、シングル圧延方式及びタンデム圧延方式の装置により、比較例８及び９の内面溝付管を製造した。その際の加工条件を下記表１に、溝付プラグ形状を下記表２及び表３に示す。なお、下記表２に示すワークロール回転軸位置ａは、テーパ部と円柱部との境界面を０として、この境界面より管引き抜き方向上流側を＋、下流側を−として示した。
【００６１】
【表１】
2005046906.tif 000003
【００６２】
【表２】
2005046906.tif 000004
【００６３】
【表３】
2005046906.tif 000005
【００６４】
次に、上記表１乃至３に示す実施例１乃至１１及び比較例１乃至１１の条件で製造された内面溝付管の溝形状を調べた。その結果を表４に示す。
【００６５】
【表４】
2005046906.tif 000006
【００６６】
上記表４に示すように、比較例１、比較例３乃至６、比較例８及び比較例１０の内面溝付管の内面に形成された溝の形状は、溝付プラグに形成されている溝と同等であった。しかしながら、円柱部の長さｘが本発明の範囲より長い溝付プラグを使用した比較例１、溝形成部長さＬが本発明の範囲より長い溝付プラグを使用した比較例３、第１のテーパ部の角度φ１が本発明の範囲より小さい溝付プラグを使用した比較例４及び第２のテーパ部の角度φ２が１８０°、即ち、第２のテーパ部が形成されていない溝付プラグを使用した比較例６は、素管と溝付プラグとの接触面積が大きいため、これらの間に働く摩擦係数が高く、加工途中で管が破断した。また、前述の角度φ１が本発明の範囲より大きい比較例５は、溝付プラグの第１のテーパ部と円柱部との境界部（エッジ部）において管が破断した。更に、従来の溝付プラグを使用した比較例８及び９は、シングル方式及びタンデム方式共に、加工途中で管が破断した。更にまた、溝形成部長さＬが本発明の範囲より短い溝付プラグを使用した比較例２は、溝深さが浅くなり、所定の溝が形成されなかった。また、第２のテーパ部の角度φ２が本発明の範囲より小さい比較例７の内面溝付管は、溝付プラグとロールとの接触位置の調整不良により、所定の溝が形成されなかった。一方、本発明の範囲内である実施例１乃至１３は、シングル方式及びタンデム方式どちらの製造装置を使用した場合においても、管が破断することなく、目的とする溝形状を有する長さ２０００ｍの内面溝付管を製造することができた。但し、ワークロール対の回転軸をテーパ部と円柱部との境界面より４．０ｍｍ管引き抜き方向上流側に配置した実施例１０の内面溝付管は、ワークロール対の回転軸をテーパ部と円柱部との境界面より２．５ｍｍ管引き抜き方向上流側に配置した以外は同じ条件で作製した実施例６の内面溝付管に比べて、引き抜き荷重が５乃至１０％程度増加した。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施形態の内面溝付管の製造装置及び製造方法を示す断面図である。
【図２】本実施形態の製造装置の転造部を示す断面図である。
【図３】本実施形態における溝付プラグを示す部分断面図である。
【図４】本実施形態の製造装置で使用される溝付プラグにおいて、円柱部の軸方向における長さｘが０ｍｍである場合を示す断面図である。
【図５】本実施形態の変形例における溝付プラグを示す断面図である。
【図６】従来のロール転造法によるシームレス内面溝付管の製造装置及び製造方法を示す断面図である。
【図７】図６に示す製造装置の転造部を示す拡大断面図である。
【図８】図７に示すＡ−Ａ線による断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１；素管
２；保持プラグ
３；保持ダイス
４；プラグ軸
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、１５；溝付プラグ
６；圧延ロール
７ａ、７ｂ、１７；転造部
８、８ａ、８ｂ；サイジングダイス
９、１９；内面溝付管
１０；抽伸油
１１、２１、３０、３１；円柱部
１２；テーパ部
１３；溝
１４；フィン
１６、１６ａ、１６ｂ；ワークロール
１８ａ、１８ｂ；バックアップロール
２２；第１のテーパ部
２３；第２のテーパ部
２４；境界面
２５；ワークロール対の回転軸を含む平面
ａ；ワークロール対の回転軸の位置
ｈ；溝深さ
ｒ１；溝底部の曲率半径
ｒ２；フィン頂部の曲率半径
ｘ；円柱部長さ
Ｌ；溝形成部長さ
α；フィンの山頂角
β；溝のリード角
θ；ワークロール対の回転軸の傾き角度
φ１、φ２；円柱部の側縁とテーパ部の側縁とがなす角度
【図１】
2005046906.tif 000007
【図２】
2005046906.tif 000008
【図３】
2005046906.tif 000009
【図４】
2005046906.tif 000010
【図５】
2005046906.tif 000011
【図６】
2005046906.tif 000012
【図７】
2005046906.tif 000013
【図８】
2005046906.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成15年8月13日(2003.8.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005046906.tif 000015
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2005046906.tif 000016
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2005046906.tif 000017
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2005046906.tif 000018